3. Факторы, влияющие на емкость конденсатора | 12. Конденсаторы | Часть1

Факторы, влияющие на емкость конденсатора

На емкость конденсатора влияют три основных фактора.

ПЛОЩАДЬ ПЛАСТИН: При прочих равных условиях, большая площадь пластин даст большую ёмкость, а меньшая — меньшую.

Объяснение: большая площадь пластин приводит к увеличению заряда, накапливаемого на пластинах для данного электрического поля (напряжения между пластинами).

 

 

РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ПЛАСТИНАМИ: При прочих равных условиях, большее расстояние дает меньшую емкость и наоборот.

Объяснение: меньшее расстояние создает большую силу поля (напряжение, деленное на расстояние между пластинами), что приводит к накоплению большего заряда для любого заданного напряжения.

 

 

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ: При прочих равных условиях, материал с большей относительной диэлектрической проницаемостью дает большую емкость и наоборот.

Объяснение: некоторые материалы меньше сопротивляются интенсивности поля при любом заданном напряжении, а следовательно, накапливают больший заряд.

 

 

Относительная диэлектрическая проницаемость характеризует проницаемость материала в сравнении с чистым вакуумом. Чем больше число, тем больше диэлектрическая проницаемость материала. Относительная диэлектрическая проницаемость стекла, например, в семь раз выше относительной диэлектрической проницаемости вакуума. Это позволяет создать интенсивность поля в семь раз большую, чем у вакуума, при прочих равных условиях.

Ниже приведена таблица относительной диэлектрической проницаемости наиболее распространенных материалов:

 

Материал	Относительная диэлектрическая проницаемость
Вакуум	1,0000
Воздух	1,0006
Тефлон	2,0
Полипропилен	2,20 — 2,28
Каучук	2,4
Полистирол	2,45 — 4,0
Вощеная бумага	2,5
Трансформаторное масло	2,5 — 4,0
Жесткая резина	2,5 — 4,8
Дерево (дуб)	3,3
Силикон	3,4 — 4,3
Бакелит	3,5 — 6,0
Кварц	3,8
Дерево (клен)	4,4
Стекло	4,9 — 7,5
Касторовое масло	5,0
Дерево (береза)	5,2
Слюда	5,0 — 8,7
Фарфор	6,5
Оксид алюминия, глинозем	8,0 — 10,0
Дистиллированная вода	80,0
Барий-стронций титанит	7500

 

Приблизительная емкость для любой пары разделенных проводников может быть найдена с помощью следующей формулы:

 

 

Конденсатор можно сделать переменным, если изменяемым будет любой из факторов, влияющих на его емкость. Наиболее легко изменяемым фактором является площадь пластин.

Следующие фотографии показывают пример переменного конденсатора, который состоит из набора чередующихся металлических пластин, и использующий воздушный зазор в качестве диэлектрического материала:

 

Электрический конденсатор | Техника и Программы

– это устройство, обладающее относительно большой емкостью при малых размерах.

Он представляет собой два проводника находящихся вблизи и изолированных друг от друга диэлектриком.

Проводники в конденсаторе выполняются либо в виде металлических пластин, либо в виде обкладок из металлической фольги. Диэлектрики применяются различные: воздух, керамика, слюда, пластмассы, бумага и другие. Имеется большое количество типов конденсаторов, которые различаются между собой по конструкции и применяемым диэлектрикам. Емкость конденсатора определяется теми же факторами, которые влияют на емкость одиночных проводников: площадь поверхности пластин, расстояние между пластинами, диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами.Простейшим является плоский конденсатор, Он представляет собой две плоскопараллельные металлические пластины, разделенные диэлектриком. Емкость плоского конденсатора определяется по формуле

 

 

 

 

 где С – емкость конденсатора, ф;

ε_a – абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика конденсатора;

S – площадь одной стороны пластины конденсатора, м² ;

d – расстояние между пластинами конденсатора, м.

Из формулы следует, что емкость конденсатора прямо пропорциональна поверхности пластин, обратно пропорциональна расстоянию между пластинами и зависит от диэлектрика конденсатора.

Зависимость емкости конденсатора от площади пластин объясняется тем, что при большей поверхности пластин на них помещается больший по величине электрический заряд при данном напряжении. Зависимость емкости конденсатора от диэлектрической проницаемости диэлектрика объясняется явлением поляризации диэлектрика: чем больше диэлектрическая проницаемость, тем больше связанных зарядов  в диэлектрике и на обкладках конденсатора и, следовательно, меньше электрический потенциал пластин конденсатора и напряжение между ними. Зависимость емкости конденсатора от расстояния между пластинами объясняется взаимным влиянием между зарядами в результате электростатической индукции: чем меньше расстояние между пластинами, тем сильнее их взаимное влияние, больше связанных зарядов, меньше электрический потенциал пластин и напряжение между ними, больше емкость конденсатора.

Основными характеристиками конденсатора являются емкость и рабочее напряжение, Емкость конденсатора характеризует его способность накоплять электрические заряды. На основании формулы

 

 

 

 

 Номинальным рабочим напряжением конденсатора называется наибольшее напряжение между его обкладками, при котором он может надежно и длительно работать, сохраняя свои основные рабочие характеристики при всех установленных для него рабочих температурах.

Если конденсатор работает под напряжением выше номинального, надежность его работы и срок службы сокращаются, Рабочее напряжение конденсатора должно быть значительно ниже его пробивного напряжения,  т. е.  напряжения при котором происходит разрушение его диэлектрика от действия электрического поля.

Электрический пробой конденсатора заключается в пробое его диэлектрика. При этом диэлектрик разрушается, обкладки частично расплавляются и электрически соединяются между собой.

Важным параметром конденсатора является сопротивление изоляции. Это одна из характеристик диэлектрика конденсатора. Так как нет абсолютных диэлектриков, то нет и конденсатора, сопротивление которого равно бесконечности. При включении конденсатора в электрическую цепь постоянного тока сила тока через конденсатор (ток утечки) зависит от сопротивления изоляции. Современные конденсаторы имеют сопротивление изоляции в несколько тысяч мегом.

Как зависит электроемкость конденсатора от диэлектрической проницаемости диэлектрика?

Заполним пространство между обкладками конденсатора диэлектриком с диэлектрической проницаемостью

Вследствие поляризации диэлектрика напряженность поля в конденсаторе уменьшится при этом в раз (см. § 4. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле).

Разность потенциалов пропорциональна напряженности поля (см. § 5. Потенциал и разность потенциалов), поэтому при уменьшении напряженности поля между обкладками конденсатора в несколько раз во столько же раз уменьшается и разность потенциалов между обкладками.

А поскольку электроемкость отсюда следует, что при заполнении пространства между обкладками конденсатора диэлектриком с диэлектрической проницаемостью  электроемкость конденсатора в раз увеличивается.

как объясняется зависимость электроемкости конденсатора от диэлектрической проницаемости диэлектрика между обкладками

Сохранение заряда

Емкость конденсатора прямо пропорциональна диэлектрической постоянной теоретически если найти абсолютный диэлектрик можно получить кондер бесконечной емкости

Заряды диэлектрика ориентируются в электрическом поле и тем самым уменьшают его напряженность, а это и ведет к увеличению емкости. Вопрос в том, какие заряды и как быстро они способны ориентироваться — другими словами, если в статике емкость однозначно увеличивается, то на высоких частотах она тоже будет расти? Диэлектрики бывают полярные (есть четко выраженные положительные и отрицательные области молекулы — им приходится поворачиваться в поле) и неполярные (в этих электрической индукцие создается разделение в пространстве +/– зарядов). Там, где молекулам приходится поворачиваться, все процессы требуют времени — на высоких частотах полярные диэлектрики могут и не увеличивать емкость. А индукция ограничена лишь скоростью ее распространения (скорость света) и до квантовых частот увеличивает емкость.